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激光切割技术与常用工程材料的激光切割

2008-06-16 10:07
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    激光束聚焦成很小的光点其最小直径可小于0.1mm,使焦点处达到很高的功率密度可超过106W/cm2。这时光束输入(由光能转换)的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分,材料很快加热至汽化湿度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄(如0.1mm左右)的切缝。切边热影响很小,基本没有工件变形。切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。钢切割时得用氧作为辅助气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料,同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气,棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜,防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。 

    大多数有机与无机都可以用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业,许多金属材料,不管它具有什么样的硬度,都可进行无变形切割(目前使用最先进的激光切割系统可切割工业用钢的厚度已可接近20mm)。当然,对高反射率材料,如金、银、铜和铝合金,它们也是好的传热导体,因此激光切割很困难,甚至不能切割(某些难切割材料可使用脉冲波激光束进行切割,由于极高的脉冲波峰值功率,会使材料对光束的吸收系数瞬间急剧提高)。 

    激光切割无毛刺,皱折、精度高,优于等离子切割。对许多机电制造行业来说,由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件(工件图纸也可修改),它往往比冲切、模压工艺更被优先选用;尽管它加工速度慢于模冲,但它没有模具消耗,无需修理模具,还节约更换模具时间,从而节省加工费用,降低产品成本,所以从总体上讲在经济上更为合算。 

    另一方面,从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看,激光切割也可发挥其精确、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段,由于不需要高级模具制作工,激光切割运转费用也并不昂贵,因此还能显著地降低模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层(热影响区),提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势,由此提高了使用寿命。 

    常用工程材料的激光切割 

    1.金属材料的激光切割 

    虽然几乎所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率,但发射处于远红外波段1.064um光束的灯泵浦ND:YAG激光器及10.6μmCO2激光器还是成功的应用于许多金属的激光切割实践 

    2.非金属材料的激光切割

    10.6μm波长的CO2激光束很容易被非金属材料吸收,导热性不好和低的蒸发温度又使吸收的光束几乎整个输入材料内部,并在光斑照射处瞬间汽化,形成起始孔洞,进入切割过程的良性循环。

(编辑:文静)

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